0 引言

　　伺服系統是數控機床最重要的組成部分之一，其動態特性對數控機床的加工精度有重要的影響。在傳統的伺服驅動系統中，控制軟件被固化在伺服驅動中，已開發完成的應用，基本不可能再做更改，隨著用戶需求的不斷變化，不能夠靈活的進行升級更新。為解決上述傳統伺服驅動的問題，組件技術被引入到了伺服驅動的設計當中。采用基于組件¨1的軟件設計技術，可以成功構建一種可重構的軟件系統，各個模塊對象可以根據不同的需求組合在一起，并且當對某模塊的需求發生變化時，只需要修改此軟件模塊，而不用對整個軟件系統進行大量的重新設計。提高了系統的靈活性、可維護性，更加適應了需求的快速發展。

　　可重構伺服驅動H1的出現對調試工具提出了新的要求，其不再只需完成傳送參數等功能，而需要對伺服的各個模塊對象進行管理、操作，并要求操作更加人性化、智能化。同時需要將控制參數備份到硬盤上，以供以后恢復系統或調試其它相同配置的系統使用。基于此調試工具的這些特點，它容易被廣大調試人員掌握，能有效地提高伺服驅動器的特性，從而提高數控機床的加工精度。

1 整體結構設計

　　根據可重構伺服驅動器的需求，本設計具體包括通信協議的設計、驅動層的設計及調試工具的設計。

　　(1)驅動層：PC機與可重構伺服驅動器通過USB線進行連接，驅動層創建串口對象，實現上位機與伺服驅動的串口連接。

　　(2)通信協議：在PC機與伺服之間傳送的各幀，都必須按照統一的格式發送，并且在接收到數據后按照固定的格式進行解析，高效的通信協議的制定，能夠保證上位機與伺服驅動之間高效、穩定的數據傳輸。

　　(3)調試工具：能夠對伺服驅動的各個模塊對象進行管理、操作，本設計為方便用戶使用，將各個模塊對象圖形化，使用戶可以不需要理解某些復雜參數的含義，直接對圖形進行操作，使操作更加人性化、智能化。同時可以將控制參數備份到硬盤上，以供以后恢復系統或調試其它相同配置的系統時使用。

2 驅動層與通信協議的設計

　　上位機與伺服驅動器通過串口進行連接，具體實現方式為上位機與伺服驅動器通過USB線連接，在上位機上安裝USB轉串口的程序，實現二者之間的串口連接。

　　調試工具通過串口與伺服進行通信，驅動層需要創建串口對象，c#中的Serial Port類為串口的實現提供了良好的支持，可以方便的創建串口，初始化串口，對串口的各屬性，如波特率、奇偶校驗位、停止位等進行設置。圖3為串LI屬性設置界面，用戶可以根據需求，對串口號、波特率、數據位、停止位、校驗位進行設置，從而生成不同的串口對象。

　　通信協議按照工業標準MODBUS協議標準。進行設計。通信幀包括起始字節、數據長度、指令碼、數據內容、校驗碼、結束字節等字段，具備較好的擴展性，通信幀的各字節含義如表l所示。上位機發送的命令幀以及數據幀采用協議規定的統一格式發送，起止字節均是一個字節AAH，幀中的第二個字節表示通信地址，占用一字節，緊接著的一個字節表示整個幀的長度。不同類型的指令由指令碼標示，占用一字節，緊接著的n個字節表示不同指令碼的數據部分，具體內容以及n的大小由各類型指令的不同內容決定，不同類型的指令格式以及指令對應的應答幀格式也需事先約定好。本節所實現的協議采用16位的CRC冗余校驗方法，校驗范圍包括除起止字節以及結束碼以外的所有幀字節，最后是結束碼。

3 調試工具的設計　　調試工具主要包括類庫和對象庫管理、參數管理、調試、文件管理四部分。本軟件采用C#語言進行開發。

　　3.1 類庫及對象庫的設計

　　根據可重構伺服驅動器的特點，要求調試軟件能夠建立類庫，其中類具有類版本號、輸入引腳數、輸出引腳數、一類參數個數、二類參數個數、三類參數個數等屬性，用戶可以輸入這些屬性值來創建類。可針對每個類生成不同對象號的對象。可重構伺服驅動器平臺以組件的思想進行設計，可以創建多個組件對象，對象之間利用參數進行互連，從而實現整個系統的可重構。每個對象都對應一個唯一ID號，范圍為l～255，分為系統對象和通用對象兩類。在調試軟件中，對象庫中對象的創建具有兩種方式。一種是，通過類來實例生成，輸人對象的對象號，即可通過類生成該對象，該對象就具備了此類的版本號、輸人輸出引腳數、各類參數個數等屬性值。另一種方式是通過向伺服驅動器發送查詢命令，對1—255這255個對象號依次進行查詢，判斷伺服驅動器中是否具有該對象號的對象，從而獲取伺服中的各對象，實現對象庫的更新，也保證了對象庫中的對象與伺服中對象的一致性。

　　3.2 參數管理

　　對象含有pl、p2、p3、pi、po五類參數，軟件提供了對各類參數進行設置初值的功能，并可通過向伺服傳遞命令參數，對各類參數進行上載及下載，并可以選擇將參數保存在伺服EEPROM或本地文件中。用戶可以向伺服發送參數讀取指令，讀取該對象的參數，顯示到對象的屬性表中，也可向伺服發送參數寫指令，將屬性表中的各參數，傳輸到伺服對象當中去。

　　3.3 電機控制

　　電機控制包括對伺服電機的復位、上電、下電、速度JOG等操作。調試軟件通過串口向伺服傳遞各命令參數，伺服按照通信協議進行解析，從而實現上述各操作。

　　圖6為速度JOG操作界面。選用的伺服驅動電機為沈陽高精數控公司生產的永磁同步電機，手動部分用戶可以設定手動速度，當一直按下+時，電機將實現以設定速度正轉，當一直按下-時，電機將實現以設定速度反轉，當鼠標抬起時，電機停轉。自動部分可以輸入轉動時間及每分鐘轉數，點擊開始后電機即可按照輸入數據轉動。同時在界面中顯示當前速度、當前位置信息，并提供異常報警顯示。

　　文件管理包括類庫文件、對象庫文件及配置文件的創建及保存。對于文件的存儲，采取XML技術。將每個類庫、對象庫、配置信息分別存儲成一個XML文件，可以使用該軟件打開xml文件，從而打開相應的類庫、對象庫及配置信息。其中配置信息的存儲包括對工作區中的調試操作記錄的保存，例如各對象的連接關系，各參數值等，都將被存儲到XML文件中，以方便以后調用。對于相同配置的伺服驅動器，可通過拷貝、打開已有的類庫、對象庫、及配置文件，就可以快速獲得相應的類庫、對象庫的信息、數據，以及之前的操作記錄等，用戶可以在打開的操作記錄的基礎上，繼續進行操作、調試，使調試工作更加快速、便捷，實現了伺服的快速調試。

4 總結

　　本文針對可重構伺服驅動器的特點，對其相應的調試工具進行了設計與實現，能夠對伺服驅動的各個模塊對象進行管理、操作，并將各個模塊對象圖形化，使用戶可以不需理解某些復雜參數的含義，直接對圖形進行操作，同時可以將控制參數備份到硬盤上，使用戶能夠對伺服驅動器進行快速、方便的調試，容易被廣大調試人員掌握，有一定的應用價值。